大巷顶板堵水加固试验研究_蒋冬生.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 巷道在掘进期间遇到地质构造， 或者受动压影响 发生变形时， 顶板产生离层、 裂隙， 如果上覆岩层中存 在含水层， 裂隙有可能导通含水层， 使巷道顶板发生 涌水、 淋水、 滴水、 渗水现象。 顶板水影响巷道行人、 运 输， 并且会导致顶板裂隙增大， 锚杆索锈蚀， 亲水岩石 膨胀， 造成严重的安全隐患。顶板水患在全国矿井普 遍存在， 本文以赵庄二号井西轨大巷顶板淋水区为试 验对象， 研究堵水加固技术。 1工程概况 山西省赵庄二号井西轨大巷为矿井主要运输大 巷， 全长 2500m， 其中里程 1300m～1400m 之间 100m 范围掘进时揭露兴旺庄南正断层， 顶板破碎。巷道 为全岩巷， 老顶为 K8 砂质泥岩， 厚度 7m， 均匀层 理， 为含水层， 直接顶为粉砂岩， 厚度 2m， 均匀层 理。水文资料显示， 掘进时顶板涌水来源主要是老 顶 K8 砂质泥岩， 预计正常涌水量 0～10m3/h； 最大涌 水量 60m3/h。 巷道断面为拱形断面， 净宽 4.8m， 净高 4.2m， 全 断面喷浆， 锚杆支护， 拱部锚索补强。 拱锚杆和帮锚杆 型号 φ22- M24- 2400，锚索型号 MSS- 1- 22- 14500， 如图 1 所示。 图 1西轨大巷里程 1300m～1400m 支护示意图 西轨大巷里程 1300～1400m 范围掘进后，受构 造影响该区域顶板发生离层、 下沉， 喷浆层剥落， 顶 板出现淋水现象， 对巷道使用产生不利影响。因此， 有必要该区域的巷道顶板进行堵水加固， 提高顶板 稳定性。 2出水地点统计及水源高度分析 大巷顶板堵水加固试验研究 蒋 冬 生 （霍州煤电集团吕临能化公司庞庞塔煤矿 ，山西 霍州 031400 ） 摘要 针对赵庄二号井大巷顶板淋水问题， 采用钻孔窥视方法确定了顶板水源高度， 进行了堵水加 固钻孔设计， 介绍了堵水加固材料和堵水方式， 最后进行了效果考察。结果表明 顶板水源高度在 9m 以下； 堵水材料具有快凝、 早强， 水中不易分散， 水灰比适应范围广等性能， 满足流水环境下堵水加固 需要； 堵水加固后， 钻孔窥视结果显示浆液充填效果良好， 6 个月观测期内， 顶板无明显下沉， 出水点 未发生淋水。 关键词 顶板淋水 ； 钻孔窥视 ； 堵水加固材料 ； 水灰比 中图分类号 TD322文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0097- 03 Experimental Study on Water Blocking Reinforcement of Roof of Alley JIANG Dongsheng （Huozhou Coal and ElectricityGroup Lvlinenghua CompanyPangpangta Coal Mine , Huozhou 031400 ，China ） Abstract Aimingat the problem ofroofwater in ZhaozhuangNo. 2 well, the water source height ofthe roofwas determined by drilling peep- ing . The design of water blocking and reinforcement drilling was carried out. The water blocking material and water blocking were introduced. Finally, the effect was investigated. The results showthat the water source height of the roof is below9m, The water blocking material has the characteristics of fast setting, early strength, not easy to disperse in water, wide range of water and ash ratio, and meets the needs of water blocking and reinforcement in flowing water environment. After the water blocking and reinforcement, the results of the drilling peep showthat the slurry filling effect is good, during the six months observation period. The roof did not sink significantly, and no water was sprayed at the water outlet. Keywordsroofwatering; borehole peep ; water blockingreinforcement material ; Water cement ratio 97 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 2.1出水地点统计 作为后期对比，加固前首先对出水地点进行统 计， 共 8 处淋水， 见表 1 所示。 表 1西轨大巷 1300m～1400m 出水地点统计 2.2水源高度分析 为掌握顶板裂隙发育程度和水源高度， 在各出水 点附近施工顶板钻孔进行钻孔窥视. 1 ） 钻孔施工要求 垂直于顶板， 孔径 φ75mm， 孔 深 11m， 共布置 8 个。 2 ） 窥视仪器采用武汉固德科技有限公司的 GD3Q- GM孔内电视系统， 包括主机、 探头、 绕线架、 连接杆、 深度传感器等。 3 ） 部分窥视结果见图 2 所示。可以看出， 绝大多 数离层发生在 9m 以下， 窥视中发现有水流出， 且越 向下离层数量和宽度越大； 9m以上非常完整， 未见流 水， 裂隙水来源高度在 9m以下。 图 2西轨大巷里程 1300m～1400m 顶板窥视部分结果 3堵水加固方案设计 3.1顶板堵水原则 1 ） 钻孔深度 顶板 9m 以下裂隙发育， 为顶板水 流出通道，钻孔深度应超过 9m，对裂隙进行整体封 堵； 2 ） 堵水范围 统计共 8 个出水点， 但不能只对出 水点位置进行封堵， 顶板裂隙贯通， 出水点封堵后， 水 还 会 从 周 围 裂 隙 中 继 续 流 出 ， 应 对 里 程 1300m～1400m整个 100m范围顶板和两帮进行封堵； 3 ） 堵水方式 堵水并非一次性工程， 一次封堵能 短期内起到隔绝作用， 水侵蚀、 渗透作用强， 12～24 个 月后可能会再次发生渗水，堵水应为周期性工程， 根 据现场情况进行周期封堵。 3.2堵水钻孔设计 顶板钻孔 钻孔排距 3m， 每排 3 个， 中间钻孔开 孔位置在巷道正中， 垂直于顶板， 两侧钻孔开孔位置 距离中间钻孔 1.6m， 钻孔方向垂直于巷道走向， 仰角 75， 孔深均为 10m， 孔径 Φ75mm。 两帮钻孔 布置上、 下两排钻孔，“三花” 布置， 下 排孔距离底板 1.5m，垂直于煤帮；上排孔距离底板 2.5m， 仰角 10， 两排钻孔间距均为 6m， 设计孔深 6m， 孔径 Φ75mm。 （a） 钻孔布置剖面图（b） 顶板钻孔布置平面图 （c） 两帮钻孔布置平面图 图 3注浆钻孔布置示意图 3.3堵水加固材料 使用河南理工大学研发的堵水加固材料， 分为 A 型和 B型， 使用水灰比 0.6～0.81。性能主要表现为快 凝、 早强、 高渗透性， 凝结时间可调。具体如下 1 ） 两种浆液在混合前， 6h 内浆液不凝固、不泌 水、 不沉淀； 2 ） 两种浆液混合后， 0.5～1.5min 失去流动性， 5～8min 完全固化； 3 ） 30min 单轴抗压强度 8MPa， 1d 强度 22MPa； 4 ） 混合浆液粘度大， 在静水中呈絮状， 分散极少； 5 ） 在 0.5～21 水灰比下浆体结石率可达 100， 可以适应流水冲击下浆液变稀， 仍可良好凝结。 编号位置加固前出水速度 11300m淋水0.8L/min 21310m淋水1L/min 31315m淋水0.6L/min 41325m淋水0.5L/min 51342m淋水1.1L/min 61358m淋水1.5L/min 71386m淋水1.2L/min 81397m淋水0.9L/min 98 ChaoXing （上接第 96 页 ） 小， 具有良好的阻水性； 如果泥岩在采动作用下发生 失稳， 当围压较大时， 则泥岩内部扩展贯通的裂隙容 易被压实， 透水性减弱； 总体上围压对灰岩渗透性的 影响效果不是十分显著。 3 ） 随着静水压力的增大裂隙屈服区宽度也在增 大， 当围岩应力表现为拉应力时， 裂隙容易发生扩展， 而围岩应力表现为压应力时， 裂隙扩展困难， 因为静 水压需要克服围岩应力的作用才回扩展起裂裂隙。 4 ） 裂隙的粗糙度和宽度均会影响裂隙受到的水 压。动水突水压力差与流速呈正相关关系， 当水流速 度增加到一定值时，压力差达到了岩石的极限强度， 则岩体发生失稳破坏， 进而扩展的突水通路。 5 ） 应力场的改变影响了裂隙面的开度，进而改 变的渗透系数， 改变了岩体对水的渗透能力， 这便是 应力场对渗流场的作用机理。 参考文献 [1] 李昂. 带压开采下底板渗流与应力耦合破坏突水机理及 其工程应用[D].西安科技大学,2012. [2] 刘洪磊,杨天鸿,陈仕阔,于庆磊,王培涛. 岩体破坏突水失 稳的水压致裂机理及工程应用分析[J]. 采矿与安全工程 学报,2010, （03） 356- 362. [3] 李天珍,马林,张连英. 煤层底板渗流稳定性分析[J]. 采矿 与安全工程学报,2009, （01） 78- 81. [4] 徐海燕, 肖洪天. 煤层开采过程中底板岩层渗流稳定性 分析[J]. 地质与勘探,2001, （05） 91- 93. 作者简介 杜琳 （1979.09.24-） ， 男， 山西朔州人。黑龙江科技大学， 煤矿 开采技术， 专科， 初级工程师。 现就职于大同煤矿集团同生峪沟煤 业有限公司， 主要从事测量、 地质工作。（收稿日期 2019- 5- 7 ） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 3.4堵水方式 水灰比先低后高， 堵水由 “点” 到 “面” 。封孔后开 始注浆，初始以 0.61 水灰比配制浆液，使其进入钻 孔， 快速凝固封堵裂隙， 阻隔流水， 起到对 “点” 大股水 封堵的目的；当顶板淋水明显减小或者停止淋水时， 适当增大水灰比至 0.81， 延长浆液流动性时间， 使其 能更好扩散， 增大扩散半径， 起到对出水点附近 “面” 的封堵目的。 各个注浆钻孔浆液扩散范围相互交叉覆 盖， 从而对整个顶板淋水区域进行封堵加固。 4堵水加固效果考察 工程量 共施工 100m 范围， 钻孔排距 3m， 共 34 排钻孔， 根据巷道高度变化， 每排 5～7 个钻孔。合计 施工 178 个钻孔， 帮钻孔深度 6m， 顶钻孔深度 10m， 累计钻孔进尺 1476m， 孔径 φ75mm。注浆材料使用 量 62.75t， 平均单孔注浆量 0.35t， 最大单孔注浆量 1.5 吨， 平均每米注浆量 0.63t， 平均注浆压力8MPa。 图 4堵水注浆后顶板窥视截图 效果考察 堵水加固后， 整个加固范围淋水全部 封堵， 顶板钻孔窥视表明， 裂隙被浆液填充量好， 未发 现未被充填的裂隙， 如图 4 所示； 同时在巷道内进行 顶板离层和表面位移观测站， 经过 6 个月观测， 顶板 没有发生新的离层， 两帮变形量 7mm， 顶板下沉量量 8mm， 考虑测量误差的影响， 变形速度几乎为零； 经过 6 个月的观察， 顶板未发现淋水反复。 5结论 1 ） 大巷顶板淋水影响行人、 运输， 导致顶板裂隙 增大， 锚杆索锈蚀， 造成严重的安全隐患； 2 ） 注浆前钻孔窥视结果表明， 裂隙水来源高度在 9m以下； 3 ） 进行了堵水钻孔设计和堵水材料介绍， 堵水材 料具有快凝、 早强， 水中不易分散， 水灰比适应范围广 等性能， 满足流水环境下堵水加固需要； 4 ） 效果考察表明，浆液对裂隙充填效果良好， 6 个月观测期内， 顶板无明显下沉， 未发现淋水反复。 参考文献 [1] 李臣， 吕坤， 姚依林， 等.门克庆矿 2201 回风巷顶板破坏 机理与支护研究[j].煤炭工程， 2017， 49 （12） 124- 127. [2] 吕坤， 冯吉成， 唐青豹， 等.塔拉壕矿 3203 辅运巷顶板变形破 坏机理及支护技术研究[j]. 煤炭工程， 2018， 50 （3 ） 95- 98. 作者简介 蒋冬生 （1990-） ， 男， 山西霍州人，2015 年毕业于安徽理 工大学， 工学学士， 目前在霍州煤电吕临能化公司庞庞塔煤 矿开拓一队工作， 从事采掘和安全管理方面的工作。 （收稿日期 2019- 2- 22） 99 ChaoXing